На следующий день в бой вступили другие корабли эскадры и береговые батареи флота. Морская артиллерия помогала сухопутным частям сдерживать натиск фашистских войск, темп их наступления снизился. Но, подтянув к побережью тяжелые орудия, противник начал обстрел акватории базы. 23 августа совместно с лидером «Ленинград», крейсер вел огонь по скоплению немецких танков у переправы через р. Кейла. Было уничтожено и повреждено 12 танков и рассеяно большое скопление пехоты противника.
С 25 августа в связи с усилением артиллерийских обстрелов и налетов авиации противника, корабли снимались с якорей и, следуя на малых ходах и переменными курсами под прикрытием дымовых завес, сбивали пристрелку немецких батарей, продолжая вести огонь. В этот день кораблю пришлось отразить семь массированных налетов авиации, фашисты сбросили около 50 бомб, но ни одна в корабль не попала. В палубу в кормовой оконечности попал 6-дюймовый снаряд. В результате этого в настиле палубы образовалась пробоина, были повреждены трубопроводы, возник пожар в кубрике № 12, на юте загорелись 6 больших глубинных бомб, 9 моряков были убиты, 30 ранены.
За 5 дней по «Кирову» было выпущено более 500 снарядов, самолеты люфтваффе сбросили на него 326 бомб. Благодаря умелому маневрированию и точному огню зенитчиков крейсер не получил прямых попаданий. В период обороны Таллина от разрывов авиабомб и снарядов и вблизи борта корабль получил ряд небольших повреждений. Корпус выдержал испытания, несмотря на близкие разрывы крупных бомб — разошедшихся швов и трещин в корпусе не было. Сам же «Киров» выполнил 36 стрельб, обрушив на противника 235 180-мм снарядов, в среднем по 8 снарядов за стрельбу. Артиллеристы вынуждены были экономить боезапас главного калибра, поскольку на артиллерийских складах главной базы 180-мм снарядов не было.
С получением приказа Ставки об эвакуации Таллина кораблям была поставлена задача — обеспечить ее артиллерийское прикрытие. Наши сухопутные части вечером 27 августа начали посадку на транспорты. Орудия кораблей в это время вели отсечной заградительный огонь — настолько мощный и точный, что неприятель даже не пытался проникнуть в район гаваней вслед за отходящими частями прикрытия. Прикрывая отход войск «Киров» выпустил 45 снарядов главного калибра. Отражая атаки авиации противника, зенитчики крейсера израсходовали 224 100-мм и 590 45-мм снарядов.
Корабли флота, обеспечивавшие переход конвоев были сведены в три отряда. «Киров» был включен в состав отряда главных сил. На корабле находились Военный совет КБФ и Краснознаменное знамя Балтийского флота, а также правительство Эстонии. На крейсер были погружены ценности Госбанка Эстонии.
К 23.00 27 августа корабли вышли на рейд к островам Нейссар и Аэгна, продолжая вести артиллерийский огонь по наступающим войскам противника. Первоначально планировалось начать вывод кораблей и транспортов в море в ночь с 27 на 28 августа, чтобы самый опасный участок перехода у м. Юминда форсировать в светлое время суток. Но разыгравшийся семибалльный шторм сорвал этот план, и движение конвоев началось только после полудня 28 августа.
Около 16.00 корабли отряда главных сил снялись с якорей и начали движение на восток. «Киров» шел под флагом командующего флотом В.Ф. Трибуца. На участке от о-ва Аэгна до м. Юминда корабли и суда неоднократно подвергались атакам авиации противника и артиллерийскому обстрелу батарей с м. Юминда. Зенитная артиллерия отражала атаки авиации, а главный калибр крейсера вел огонь по батарее противника. 100-мм батарея отразила атаку ТКА противника. Но главной была минная опасность. Именно «рогатая смерть» явилась причиной гибели 15 боевых кораблей и 30 транспортов.
К востоку от о-ва Кери корабли и суда вошли в район плотных минных заграждений противника (с 11 июля по 28 августа к северо-западу, северу и северо- востоку от м. Юминда немцами было выставлено более 2500 мин и минных защитников). Только за полчаса наблюдатели «Кирова» обнаружили впереди корабля 5 мин. Своими параванами-охранителями крейсер захватил две мины. Чтобы избежать неминуемого взрыва тросы параванов были срезаны автогеном. В 22.45, когда основная часть кораблей и судов прошла плотное минное заграждение, командующий флотом отдал приказание всем кораблям и судам встать на якорь к северу от острова Вайндло.
29 августа в 5.40 отряд главных сил снялся с якоря и продолжил движение. На переходе от острова Вайндло до Кронштадта минная обстановка была несложной и не вызвала гибели кораблей и судов. Основной опасностью на этом участке стала вражеская авиация. На переходе от о-ва Родшер до о-ва Гогланд авиация противника группами по 5-10 самолетов непрерывно бомбила корабли и суда. Авиационное прикрытие перехода не было организовано. Первая пара истребителей появилась над кораблями лишь в 8.45 мин. В дальнейшем в воздух была поднята вся свободная истребительная авиация. Во время Таллинского перехода крейсер отразил атаки 32 самолетов, ни одна из более 80 бомб, сброшенных на корабль, не достигла цели.
В 16.30 29 августа «Киров» бросил якорь на Кронштадтском рейде. 30 августа буксиры ввели крейсер в Лесную гавань и поставили у стенки. Корабль был включен в систему артиллерийской обороны Ленинграда. В тот же день приказом Наркома ВМФ ОЛС КБФ был расформирован, а его корабли переданы в состав эскадры, командующим которой был назначен вице-адмирал В.П. Дрозд. До конца войны «Киров» был флагманским кораблем эскадры КБФ. В ночь с 3 на 4 сентября крейсер вел огонь по войскам противника на Карельском перешейке, выпустив 85 снарядов главного калибра. С 4 по 6 сентября крейсер выполнил более 30 стрельб, своим огнем помогая частям 23-й армии остановить противника на приморском участке, на рубеже реки Сестра.
«Киров» принимал участие в отражении сентябрьского штурма противника. 7 сентября крейсер вел огонь по южному берегу залива в районе Ораниенбаума, а 8-го совместно с линкором «Октябрьская революция», обстреливал войска противника в районе Дятлицы, Кипень.
Корабельная артиллерия наносила серьезный урон наступающим немецким частям. И тогда немцы бросили на корабли и Кронштадт авиацию. Десятки бомбардировщиков волна за волной совершали налеты на гавани и рейды. Если в Таллине корабль мог маневрировать на рейде, уклоняясь от атак авиации, то в Кронштадте он стоял в гавани с холодными машинами. Зенитное вооружение крейсера было усилено: с него сняли три 45-мм орудия и установили пять 37-мм автоматов. 19 сентября, впервые после Таллинского перехода, зенитная артиллерия крейсера открыла огонь по самолетам противника. 21 сентября авиацией противника было совершено три массированных налета на Кронштадт, бомбы упали вблизи корабля, зенитчиками был сбит Ju-87. 22 сентября противнику удалось прорваться к берегу залива в районе Урицка, и к авиации присоединилась и артиллерия. 22 и 23 сентября продолжались налеты на Кронштадт, основной целью фашистской авиации были корабли.
23 сентября 100-мм орудия крейсера выпустили 693 дистанционные гранаты — свыше 115 на орудие, 45- мм пушки 827 и 37-мм автоматы 370 снарядов. В результате был сбит один Ju-87. В этот день в 14.30 во время авианалета корабль получил два прямых попадания. Одна бомба попала в палубу полубака правого борта на 110 шп. и взорвалась при прохождении через каюты начсостава. Вторая, пробив верхнюю палубу в районе 100 шп. упала на нижнюю броневую палубу и не взорвалась. Погибли 3 моряка, 12 — ранены. Возник пожар, но его удалось быстро ликвидировать. После отбоя тревоги в одной из кают была обнаружена неразорвавшаяся авиабомба. Матросы открыли иллюминатор и выбросили бомбу за борт.
